3.2 分子晶体与共价晶体 知识清单 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

选修二 第三章 第二节 分子晶体与共价晶体 知识点总结 ( 1 )选修2 第三章第二节 分子晶体与共价晶体 学科网（北京）股份有限公司 知识点一：分子晶体 1、概念 只含分子的晶体称为分子晶体。例如，碘晶体只含I2分子，属于分子晶体。 2、结构特点 （1） 构成微粒及微粒间的作用力 ( 分子晶体 ) 构成微粒：分子 微粒间的作用力：分子间作用力，部分晶体中存在氢键 分子内各原子间以共价键结合 （2） 微粒堆积方式 ①若分子间作用力只有范德华力，则分子晶体有分子密堆积特征，即每个分子周围有12个紧邻分子。 ②若分子间含有其他作用力，如氢键。由于氢键具有方向性，使分子不能采取密堆积的方式，则每个分子周围紧邻的分子要少于12个。如冰中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。 3、物理特性 （1）较低的熔点和沸点，易升华； （2）较小的硬度； （3）一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。 （4）“相似相容”原理：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂；极性溶质一般能溶于极性溶剂。 4、 常见的分子晶体 （1）所有非金属氢化物：H2O、NH3、CH4等。 （2）部分非金属单质：卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）、稀有气体（单原子分子）等。 （3）部分非金属氧化物：CO2、P4O6、P4O10、SO2等。 （4）几乎所有的酸：HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO4等。 （5）大多数有机物：苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。 5、 几种典型的分子晶体 （1）冰晶体 水分子内有O-H共价键，水分子之间的相互作用除了范德华力还有氢键。冰晶体水分子之间主要是依靠氢键而形成的，如图。 由于氢键具有一定的方向性，中央的水分子与周围四个水分子结合，边缘的四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子结合。这样，每个O原子周围都有四个H原子，其中两个H原子与O原子以共价键结合，另外两个H原子与O原子以氢键结合，使水分子间构成四面体骨架结构，四面体中心的每个水分子与四面体质点的4个相邻的水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有很大的空隙，这也是冰的密度小于水的原因。 （2）干冰 固态CO2称为干冰，干冰也是分子晶体。CO2分子内存在C=O共价键，分子间存在分子间作用力，CO2的晶胞呈面心立方体型，立方体的每个顶点有一个CO2分子，每个面上也有一个CO2分子。每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻（在三个互相垂直的平面上各4个）如图。 常温下CO2是气态，将CO2气体加压到6.06×106Pa时就会凝结呈雪花状的固态CO2。固态CO2升华时要吸收热量，可使周围温度降到-78℃左右且不会产生液体，所以固态CO2被称为“干冰”。干冰常被用作制冷剂、人工降雨等。 知识点二：共价晶体 1、概念 在原子晶体里，所有原子都以共价键相互结合，又称原子晶体。 2、结构特点 构成微粒：原子 ( 共价 晶体 )微粒间作用力：共价键 空间构型：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个小分子，是一个“巨分子” 3、物理特性 熔点和沸点高；硬度大；一般不导电；难溶于一些常见的溶剂。 4、常见的共价晶体 （1）某些非金属单质：金刚石（C）、晶体硅（Si）、晶体硼（B）、晶体锗（Ge）等。 （2）某些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体等。 （3）某些氧化物：二氧化硅（SiO2）晶体、α-Al2O3。 5、几种典型的共价晶体 （1） 金刚石 在金刚石晶体里，每个碳原子都被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体中心。这些正四面体结构向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状结构（如下图）。金刚石晶体（如下图）中所有C-C键长相等，键角相等（均为109º28’）碳原子采取了sp3杂化；晶体中最小碳环由6个C组成且六个碳原子不在同一平面内；晶体中每个C参与了4个C-C键的形成，而对每个键的贡献只有一半，故C原子个数与C-C键数之比为。 （2） 晶体硅 若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子，便可得到晶体硅的结构如图。 （3） 二氧化硅 二氧化硅晶体相当于在晶体硅结构中的每个Si-Si键中“插入”一个氧原子，便可得到以硅氧四面体为骨架的二氧化硅的结构。如图。 在SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟两个Si原子结合。因此，SiO2晶体中Si原子和O原子按个数比为1:2组成立体网状结构。晶体中最小环上有12个原子。 （4） 碳化硅 SiC晶体结构类似于金刚石晶体的结构，其中C原子和Si原子的位置是交替的，形成四面体型空间网状结构。 拓展应用 拓展一：分子晶体共价晶体的比较 晶体类型 分子晶体 共价晶体 定义 分子间通过分子间作用力结合形成的晶体 相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体 组成微粒 分子 原子 物质类别 多数的非金属单质和共价化合物 金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等少数非金属单质及共价化合物 微粒间的作用力 分子间作用力 共价键 熔化时需克服的作用力 分子间作用力 共价键 物理性质 熔、沸点 较低 很高 硬度 较小 很大 导电性 固态和熔化时都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如HCl 固态和熔化时都不导电 溶解性 相似相容 难溶于一般溶剂 决定熔、沸点高低的因素 分子间作用力的强弱 共价键的强弱 典型例子 干冰、冰 金刚石、二氧化硅 注意：分子晶体熔化时一定会破坏范德华力，有些晶体还破坏氢键，如冰的熔化。还有少数晶体会破坏共价键，如S8晶体熔化时，除破坏范德华力外，S8分子也会分解，破坏共价键。 拓展二：判断非金属元素组成的晶体是分子晶体还是共价晶体的方法 1、依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断：共价晶体的构成粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的构成粒子是分子，质点间的作用是范德华力。 2、共价晶体的种类并不多，记忆常见的、典型的共价晶体。常见的共价晶体有：某些非金属单质如硼、硅、锗等；某些非金属化合物如碳化硅、氮化硼等；某些氧化物如二氧化硅。 3、依据晶体的熔沸点判断：共价晶体熔、沸点高，常在1000℃以上；分子晶体熔、沸点低，常在几百度以下至很低的温度。 4、依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；共价晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。 5、依据硬度和机械性能判断：共价晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。 拓展三：分子晶体、共价晶体熔沸点比较方法及影响因素 1、 不同类型的晶体：共价晶体>分子晶体。 分子晶体内部分子间靠分子间作用力相互结合成分子，包括范德华力和氢键（如NH3、H2O、HF）；共价晶体中各原子间靠共价键结合。因此，分子晶体的熔化和汽化需要破坏的是分子间作用力，而共价晶体的熔化和汽化则需要破坏共价键；由于共价键比分子间作用力强很多，所以共价晶体的熔沸点往往比分子晶体的熔沸点高很多。 2、同一类型的晶体 （1）分子晶体 分子晶体的熔、沸点取决于分子间作用力的大小。 ①分子间作用力越大，物质的熔沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔沸点反常的高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。 ②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高。如SnH4>GeH4>SiH4>CH4， O2>N2。 注意：结构相似的分子晶体，相对分子质量大的其熔、沸点不一定大。例如：H2O与H2S，H2O的沸点比H2S高，因为水分子间有氢键，H2S分子中只有范德华力，而氢键比范德华力强。 ③组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，其熔沸点越高。如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。 ( CH 3 )④同分异构体，支链越多，熔沸点越低。 ( CH 3 ) ( CH 3 )如CH3-CH2-CH2-CH2-CH3>CH3-CH-CH2-CH3>CH3-C-CH3。 ⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子的增加，熔沸点升高。如C2H4>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。 注意：分子间作用力的大小决定了分子晶体的物理性质。分子晶体要熔化、要汽化都要克服分子间的作用力。分子的相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔沸点越高，硬度越大。比如氧气分子间作用力比氮气分子间作用力大，氧气沸点比氮气沸点高。工业上制氧气，就是先把空气液化，然后使液态空气蒸发，氮气首先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要是液态氧气。 由于分子间作用力很弱，克服分子间作用力使物质熔化、气化所需要的能量较小，因此，分子晶体具有较低的熔沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时，一般只破坏分子间作用力，不破坏分子内的化学键，但也有例外。如硫晶体熔化时，既破坏了分子间的作用力，同时部分S-S键断裂，形成更小的分子。 （2）共价晶体 共价晶体的熔沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高。若没有告知键长或键能的数据时，可比较原子半径的大小。原子半径越小，则化学键的键长越短，化学键就越强，键就越牢固，破坏化学键需要的能量就越大，故晶体的熔点就越高，如：原子半径：C<Si，则键长C-C<Si-Si，故键能C-C>C-Si>Si-Si，则熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。 注意：由于共价键既不同于金属键，又不同于离子键；它本身既具有饱和性，又具有方向性。在共价晶体中，微粒的配位数由具有饱和性的键的数量所定。其次，原子间的联结（键合）都必须采取一定的方向。这样就从根本上确定了晶体结构的空间构型，也决定了共价晶体配位数一般比金属晶体或离子晶体的都要小。其次也决定了这类晶体不具有延展性和良好的导电性、导热性。又由于共价键的结合力比离子键的结合力强，一般来说其硬度较大、熔沸点较高。 选修2 第三章第二节 分子晶体与共价晶体 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $